一種模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置製造方法
2023-06-19 21:07:41
一種模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置，它包括模擬井筒系統、模擬井筒注氣系統、模擬產層系統、數據採集及電子控制系統組成，模擬井筒注氣系統與模擬井筒底端連通，模擬產層系統，與模擬井筒系統的耐壓鋼管（21）側邊連通，數據採集及電子控制系統的計算機終端（19）通過CAN總線（22）採集各壓力傳感器、流量計、高速攝像機（20）的信息和控制電磁閥A（16）、電磁閥B（13）和電磁閥C（10）的開閉。本發明的有益效果是：本發明所模擬的產層氣體鑽井井筒堵塞後井底壓力積聚規律和堵塞解除後井筒氣固兩相瞬態流動規律與實際情況相符，具有代表性，對分析井下安全風險機理具有很好的指導意義。
【專利說明】一種模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油工程鑽井領域，特別是一種模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置。
【背景技術】
[0002]氣體鑽井因其具有提高機械鑽速、克服井漏、保護儲層等優勢而廣泛地被應用於鑽井提速領域。近年來，國內開始逐漸將氣體鑽井應用於產層鑽井領域，其中多井喜獲高產，同時也發生多起因鑽開高壓產層引發的內防噴工具破壞、井口刺漏、密封失效等事故，引發嚴峻的安全風險。氣體鑽井揭開產層瞬間，由於井底存在的巨大壓差，地層氣體高速產出，同時井周地層壓力快速釋放，導致井周地應力變化，易引發井壁失穩導致井筒堵塞。井筒堵塞發生後，地面注入氣體不能有效循環，同時地層氣體仍在不斷產出，造成堵塞面以下壓力快速積聚，而堵塞面以上壓力則不斷降低，堵塞面上下巨大的壓差將可能使井眼堵塞解除。但是井筒堵塞解除的同時，堵塞面下積聚的高壓氣體攜帶大量巖屑高速向井口返出，劇烈衝擊井下鑽具和地面管線等設備，將引發巨大的安全風險。因此研究產層氣體鑽井井筒堵塞後井底壓力積聚規律和堵塞解除後氣固兩相運移規律有助於分析井下和地面安全風險，對保證氣體鑽井安全具有重要意義。目前對產層氣體鑽井井筒堵塞後井底壓力積聚規律和解堵後氣固兩相運移規律尚不清楚，制約了氣體鑽井技術的應用。
[0003]在氣體鑽井領域，急需對產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵機理進行研究，但是目前還沒有相關的實驗裝置。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種實現模擬產層氣體鑽井井筒堵塞後井底壓力積聚規律和解堵後氣固兩相運移規律的模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案來實現:一種模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置，它包括模擬井筒系統、模擬井筒注氣系統、模擬產層系統、數據採集及電子控制系統組成；
所述的模擬井筒系統下端為耐壓鋼管，上端為有機玻璃管，其中耐壓鋼管側邊開孔，其上安裝有巖屑加裝器，巖屑加裝器通過針型閥A控制其開閉，巖屑加裝器入口下方安裝有鋼製篩網，用於存放加裝的巖屑，鋼製篩網下方安裝球形閥，球形閥上下各安裝有一壓力傳感器；
所述的模擬井筒注氣系統由空壓機A、增壓機A和針型閥B組成，在針型閥B和增壓機A之間安裝有流量計，模擬井筒注氣系統出口處與模擬井筒系統底端連通；
所述的模擬產層系統由高壓氣源系統和長巖心夾持器系統組成，其中高壓氣源系統由依次連接的空壓機B、增壓機B、電磁閥A、儲氣罐、電磁閥B組成，在儲氣罐和電磁閥B之間安裝有流量計和壓力傳感器；其中長巖心夾持器系統由巖心夾持器、人造巖心、手搖泵組成，手搖泵連接到巖心夾持器上，長巖心夾持器系統一端與高壓氣源系統的末端連通，另一端出口處依次安裝有電磁閥C、壓力傳感器、流量計，並與模擬井筒系統的耐壓鋼管的連通，連通點位於球形閥的下方，巖心夾持器外側安裝有多個壓力傳感器；
所述的數據採集及電子控制系統由壓力傳感器、流量計、CAN總線、高速攝像機、計算機終端組成，所述的高速攝像機等間距安裝在有機玻璃管側邊，計算機終端通過CAN總線採集各壓力傳感器、流量計、高速攝像機的信息和控制電磁閥A、電磁閥B和電磁閥C的開閉。
[0006]所述的有機玻璃管頂端出口處安裝有巖屑收集袋。
[0007]所述的巖心夾持器外側安裝的壓力傳感器為四個，且等間距分布。
[0008]本發明具有以下優點:
(O本發明能夠模擬氣體鑽開產層時地層產氣規律、井筒堵塞後井底壓力積聚規律和堵塞解除後井筒氣固兩相流動規律，為分析井下安全風險機理具有很好的指導意義；
(2)在實驗過程中，可根據實際模擬的儲層參數，可選擇不同的地層壓力、不同的巖心參數，分析不同儲層類型條件下地層的產氣規律；
(3)在實驗過程中，通過調整所述耐壓鋼管內球形閥的開度，可模擬不同堵塞程度下井底壓力的變化規律和地層產氣規律；
(4)在實驗過程中，通過改變巖屑加裝器加裝的巖屑量和解堵壓力，可模擬不同堵塞量和解堵壓力條件下井筒氣固兩相運移規律。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的結構示意圖；
圖中，1-空壓機A，2-增壓機A，3-針型閥B，4-球形閥，5-鋼製篩網，6-針型閥A，7-巖屑加裝器，8-有機玻璃管，9-巖屑收集袋，10-電磁閥C, 11-巖心夾持器,12-人造巖心，13-電磁閥B, 14-手搖泵，15-儲氣罐，16-電磁閥A，17-增壓機B, 18-空壓機B, 19-計算機終端，20-高速攝像機，21-耐壓鋼管，22- CAN總線。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖對本發明做進一步的描述，本發明的保護範圍不局限於以下所述: 如圖1所示，一種模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置，它包括模擬井筒系統、
模擬井筒注氣系統、模擬產層系統、數據採集及電子控制系統組成。
[0011]所述的模擬井筒系統下端為耐壓鋼管21，上端為有機玻璃管8，其中耐壓鋼管21側邊開孔，其上安裝有巖屑加裝器7，巖屑加裝器7通過針型閥A6控制其開閉，巖屑加裝器7入口下方安裝有鋼製篩網5，用於存放加裝的巖屑，鋼製篩網5下方安裝球形閥4，關閉球形閥4，耐壓鋼管21下部即形成堵塞室，球形閥4上下各安裝有一壓力傳感器。
[0012]所述的模擬井筒注氣系統由空壓機Al、增壓機A2和針型閥B3組成，在針型閥B3和增壓機A2之間安裝有流量計，模擬井筒注氣系統出口處與模擬井筒系統底端連通。
[0013]所述的模擬產層系統由高壓氣源系統和長巖心夾持器系統組成，其中高壓氣源系統由依次連接的空壓機B18、增壓機B17、電磁閥A16、儲氣罐15、電磁閥B13組成，在儲氣罐15和電磁閥B13之間安裝有流量計和壓力傳感器；其中長巖心夾持器系統由巖心夾持器
11、人造巖心12、手搖泵14組成，手搖泵14連接到巖心夾持器11上，巖心夾持器11作用是夾持人造巖心12,手搖泵14的作用是向人造巖心12加載圍壓,長巖心夾持器系統一端與高壓氣源系統的末端連通，另一端出口處依次安裝有電磁閥C1、壓力傳感器、流量計，並與模擬井筒系統的耐壓鋼管21的連通，連通點位於球形閥4的下方，巖心夾持器11外側安裝有多個壓力傳感器，在本實施例中，巖心夾持器11外側安裝的壓力傳感器為四個，且等間距分布，用於採集模擬地層產氣後地層壓力的變化信息。
[0014]所述的數據採集及電子控制系統由壓力傳感器、流量計、CAN總線22、高速攝像機20、計算機終端19組成，所述的高速攝像機20等間距安裝在有機玻璃管8側邊，計算機終端19通過CAN總線22採集各壓力傳感器、流量計、高速攝像機20的信息和控制電磁閥A16、電磁閥B13和電磁閥ClO的開閉。
[0015]在本實施例中，所述的有機玻璃管8頂端出口處安裝有巖屑收集袋9，巖屑收集袋9收集有機玻璃管8內返出的巖屑顆粒。
[0016]本發明的工作過程如下:
1、實驗開始前，關閉所有閥門。
[0017]2、打開電磁閥A16，打開空壓機B18和增壓機B17，直至儲氣罐15和電磁閥B13之間的壓力傳感器讀數達到設定壓力值為止，關閉電磁閥A16。
[0018]3、通過手搖泵14對人造巖心12加載圍壓至設定值,打開電磁閥B13,直至巖心夾持器11外側安裝的壓力傳感器讀數穩定。
[0019]4、打開球形閥4和針型閥B3，根據設定參數開啟空壓機Al和增壓機A2，針型閥B3和增壓機A2之間的流量計和球形閥4下方安裝的壓力傳感器可測定模擬井筒注氣系統的注氣量和該注氣量下的井底壓力變化。
[0020]5、打開電磁閥C10，長巖心夾持器系統出口處的流量計即可測定出井筒-地層耦合條件下氣體鑽井鑽開氣層地層瞬態產氣變化規律，球形閥4下方安裝的壓力傳感器測量產氣後井底壓力變化規律，巖心夾持器11外側安裝的壓力傳感器可測量出產氣後地層壓力衰減規律。
[0021]6、關閉球形閥4，即可實現井筒完全堵塞情況的模擬，長巖心夾持器系統出口處的流量計測定井筒堵塞後地層產氣變化規律，巖心夾持器11外側安裝的壓力傳感器測定堵塞後地層壓力的變化規律，球形閥4下方安裝的壓力傳感器測定堵塞後井底壓力積聚規律。
[0022]7、打開針型閥A6，通過巖屑加裝器7加載一定量的巖屑顆粒至鋼製篩網5上，打開球形閥4，即實現對井筒堵塞解除瞬間氣固兩相運移的模擬，其中球形閥4上方安裝的壓力傳感器可測定出堵塞解除後堵塞面上方環空壓力的瞬態變化信息，高速攝像機20可觀察堵塞解除後巖屑高速運移規律。
【權利要求】
1.一種模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置，其特徵在於:它包括模擬井筒系統、模擬井筒注氣系統、模擬產層系統、數據採集及電子控制系統組成； 所述的模擬井筒系統下端為耐壓鋼管(21),上端為有機玻璃管(8),其中耐壓鋼管(21)側邊開孔，其上安裝有巖屑加裝器(7),巖屑加裝器(7)通過針型閥八(6)控制其開閉，巖屑加裝器(7)入口下方安裝有鋼製篩網(5),用於存放加裝的巖屑，鋼製篩網(5)下方安裝球形閥(4 )，球形閥(4 )上下各安裝有一壓力傳感器； 所述的模擬井筒注氣系統由空壓機八(丨)、增壓機八(2)和針型閥8 (3)組成，在針型閥8 (3)和增壓機八(2)之間安裝有流量計，模擬井筒注氣系統出口處與模擬井筒系統底端連通； 所述的模擬產層系統由高壓氣源系統和長巖心夾持器系統組成，其中高壓氣源系統由依次連接的空壓機8 (…)、增壓機8 (17).電磁閥八(…乂儲氣罐^巧^電磁閥^ (13)組成，在儲氣罐(15)和電磁閥8 (13)之間安裝有流量計和壓力傳感器；其中長巖心夾持器系統由巖心夾持器〔10、人造巖心(^)、手搖泵(14)組成，手搖泵(14)連接到巖心夾持器(11)上，長巖心夾持器系統一端與高壓氣源系統的末端連通，另一端出口處依次安裝有電磁閥(川)、壓力傳感器、流量計，並與模擬井筒系統的耐壓鋼管(21)的連通，連通點位於球形閥(4)的下方，巖心夾持器(11)外側安裝有多個壓力傳感器； 所述的數據採集及電子控制系統由壓力傳感器、流量計、總線(22^高速攝像機(20).計算機終端(19)組成，所述的高速攝像機(20)等間距安裝在有機玻璃管(8)側邊，計算機終端(19)通過0^總線(22 )採集各壓力傳感器、流量計、高速攝像機(20 )的信息和控制電磁閥六(…)、電磁閥8 (13)和電磁閥(10)的開閉。
2.根據權利要求1所述的一種模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置，其特徵在於:所述的有機玻璃管(8 )頂端出口處安裝有巖屑收集袋(9 )。
3.根據權利要求1所述的一種模擬產層氣體鑽井井筒堵塞-解堵實驗裝置，其特徵在於:所述的巖心夾持器(11)外側安裝的壓力傳感器為四個，且等間距分布。
【文檔編號】G01M10/00GK104406766SQ201410591075
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】李皋, 肖貴林, 李 誠, 孟英峰, 李紅濤, 陳一健, 李永傑, 魏納, 石祥超 申請人:西南石油大學